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排气系统固定点强度分析及优化

Thestrengthanalysisandoptimizeofthevent-pipefixedpoints

宋起龙谌胜于贵齐

（东风汽车公司技术中心，武汉，430058）

摘要:本文通过使用有限元软件Abaqus对某乘用车排气系统固定点进行强度分析,介绍了排

气固定点载荷的获取方法。通过与设计目标进行对比，提出了方案的改进建议，再次分析得

出，新方案可以满足使用要求。

关键词:有限元排气固定点强度

Abstract:ByusingAbaqus,wegetthestrengthofthevent-pointfixedpoints.thenintroducethe

methodhowtogettheloadsofthepoints.Throughcontrastthetargetofthejudge，raisethe

optimizeofthemodel.validatedagain.theresultsindicatethatthenewprojectcansatisfythe

request.

Keywords:FEMVent-pipefixedpointStrength

1概述

排气系统是汽车上的一种重要部件，主要通过吊钩安装于汽车底盘，其一端与发动机相

连，将发动机产生的气体排出，同时还起到一定的降噪作用。在汽车行驶的过程中，车身受

到的冲击较大，为了防止排气吊钩从底盘开裂或脱落，必须在设计初期对其进行强度分析。

在设计人员在进行产品开发时，会导致零件的局部设计不够合理，从而导致模型不能满

足使用要求。随着计算机软硬件的发展，CAE技术日益成熟，各种仿真方法，例如：有限元

法，多体动力学，流体等技术，在现代产品设计中大量应用，在设计工程师完成初步的设计

后，可以进行虚拟的产品试验，检验零件强度，刚度等是否达到目标值。如果产品不能满足

要求，则依据分析结果，可以提出优化建议，从而可以大大缩短实物试验周期，降低成本费

用，较好的提高产品的设计质量。

本文以某款乘用车车型为例，详细介绍排气系统固定点强度的分析方法。图1是排气

系统各组成部分及各部分质量说明。在获取排气系统固定点载荷分析的过程中，模型的重量

对分析结果影响较大，各部分的重量一定要和排气系统实际重量相符，排气系统中的催化剂

及各复杂管线路采用质量点的形式模拟。

气体排出端

发动机连接端

排气吊挂点

1.194Kg4.087Kg1.504Kg6.944Kg

图1排气系统各组成部分及其重量

2排气固定点载荷获取

在汽车行驶的过程中，排气系统受到垂向冲击较大，本文对排气系统总成施加垂向冲击

加速度4G，以此获取排气系统固定点的载荷。首先在排气吊钩处进行全约束，模型整体施

加垂向4G加速度，同时设置输出约束点反力SPCFORCES，通过计算，此约束反力即为各

吊钩在该工况下的受力大小。其边界条件如图2所示。

约束123456

6

4G

5

3

1

7

2

4

图2排气系统边界条件施加

该排气系统方案中，设置七个吊挂点，各点的编号为1-7，如图2所示。通过分析，得出

各固定点处的载荷如表2-1所示。

表2-1各吊挂点载荷

1点2点3点4点5点6点7点

载荷(N)66.986.799.712017775.860.9

3车身端吊钩模型建立

排气管通过吊钩固定于车身地板上，上下两吊钩通过橡胶软垫连接，车身端吊钩与车身

钣金件进行焊接或螺栓连接，如图3和图4所示。

车身端吊钩橡胶软垫

排气管端吊钩

车身端吊钩

图3排气吊钩数模图4车身端吊钩

在本文中首先将Catia建立的数模导入有限元软件中，导入的图形一般要进行修正处

理，才能生成准确的有限元模型。本文在建立模型的过程中，为了保证分析精度和缩短分析

时间，排气吊钩首先采用大小为3*3的尺寸建立二维单元，在此基础上生成实体六面体单元，

对排气吊钩及车身固定点位置处钣金件输入材料的应力应变曲线，使用材料非线性进行计

算，排气吊钩材料为D260LA，屈服强度为280Mpa，材料应力应变曲线如图5所示，车身钣

金件材料为DC03，屈服强度为180Mpa，材料的应力应变曲线如图6所示。

图5排气吊钩材料应力应变曲线图6车身钣金件材料应力应变曲线

赋予材料属性后所建立排气吊钩模型如图7所示，吊钩和车身焊缝处采用壳单元模拟，

如图8所示。

焊缝单元

图7吊钩有限元模型图8焊缝有限元模型

吊钩及车身钣金件有限元模型所使用的材料均为合